1/8電磁波的發射和接收北京交通大學附屬中學分校陳瑩一、指導思想與理論依據以學生的發展為目標，以聯系生活實際來驅動學科知識的學習，問題引領培養學生科學研究的方法論思想，學習比喻、逆向思維的方法。以“共享單車的使用”視頻，“古今信息的傳遞”“各種電器”圖片導入,目的是喚起學生對生活現象的觀察，從而調動他們深入研究問題的學習動機和思考。從教學上來說，通過問題情境的設置引起學習需要；通過實驗演示形成學習期待。二、教學背景分析教材：本節內容的學習體現了物理學科知識來源于生活又服務于生活的學科本質。雖然教材和考綱對本節知識的要求不高，但對激發學生學習興趣，探求物理學科本質是個很好的題材。學生：已經對電、磁、光現象都有所了解，對生活中的這些現象的應用及各種電器的使用都熟知，但沒有深入了解過電磁波是如何發射和接收的。對抽象的概念的理解是本節課的重點和難點所在。三、核心素養通過《電磁波的發射和接收》的學習過程，培養學生空間想象能力、對抽象概念的理解能力和科學研究的方法論思想。能夠通過對電磁波的產生、發射、接收過程及基本電路的簡單分析，領會物理在生活中的應用。四、教學目標(含重、難點)①了解有效地發射電磁波的兩個條件；②了解調制、調幅、調頻、調諧、解調、電諧振在電磁波發射、接收過程中的作用；③了解無線電波的波長范圍。教學重點：①電磁波有效發射的條件，調制的含義及調制方式；②無線電波傳播、接收原理。教學難點：①無線電波調制的含義及調幅和調頻的區別；②“電諧振”概念。五、教學過程與教學資源設計環節與教學內容學生活動設計目的課前：登陸優教平臺，發送預習任務。查看優教平臺上學生反饋的預習情況。（優教提示：請登陸優教平臺，發送本節預習任務）創設情境：1．視頻引課：共享單車2．古代人們有那些傳遞信息的方式？（烽火臺，鴿子，驛站，郵差等）現在我們有那些傳遞信息的方式？（廣播，電視，電話，手機，互聯網等）按時完成預習任務觀看討論思考發現薄弱點，針對性教學熱點問題提升興趣引入新課：現在的傳遞方式有線和無線之分，無線主要依靠電磁波，在無線電技術中使用的電磁波叫做無線電波。以無線電波為例，研究電磁波是如何發射和接收的？新課內容：我們已經學習了電磁振蕩的知識，知道在LC振蕩電路中，電場主要集中在電容器的極板之間，磁場主要集中在線圈內部，電場能和磁場能主要在不同元件之間相互轉化，輻射出去的電磁能或者電磁波很少。問1：如何才能有效地輻射電磁波，即有效地輻射電磁波的條件是什么呢？要有效地向外發射電磁波，振蕩電路必須具有兩個特點：（1）要有足夠高的振蕩頻率理論研究表明，單位時間內輻射出去的能量，與頻率的四次方成正比，頻率越高，發射電磁波的本領越大。（2）電磁場必須分散到盡可能大的空間一、電磁波的發射：問2：如何有效地實現輻射電磁波的條件？試提出解決方案開放電路：問3：實際中的開放電路是怎樣的？實際應用中常把開放電路的下端跟地連接，跟地連接的導線叫做地線。線圈上部接到比較高的導線上，這條導線叫做天線。天線和地線形成了一個敞開的電容器，電磁波就是由這樣的開放電路發射出去的。電視發射塔要建得很高，是為了使電磁波發射得較遠。實際發射無線電波的裝置中還需在開放電路旁加一個振蕩器電路與之耦合，如圖所示：振蕩器電路產生的高頻率振蕩電流通過L2與L1的互感作用，使L1也產生同頻率的振蕩電流，振蕩電流在開放電路中激發出無線電波，向四周發射。問4：在電磁波發射過程中有哪幾種方式呢？1、調制：調幅與調頻把要傳遞的信號“加”到高頻等幅振蕩電流上，使電磁波隨各種信號而改變叫做調制。進行調制的裝置叫做調制器．要傳遞的電信號叫做調制信號．使高頻振蕩電流的振幅隨調制信號而改變叫做調幅（畫圖），調幅廣播(AM)一般使用中波和短波波段。使高頻振蕩電流的頻率隨調制信號而改變叫做調頻（畫圖），調頻廣播(FM)和電視廣播都采用調頻的方法來調制，通常使用微波中的甚高頻(VHF)和超高頻(UHF)波段。2、類比思想：(電磁波發射——高鐵運貨)“貨物”——要傳送的聲音、圖象等訊號“高鐵”——振蕩器產生的高頻交變電流（載波）“裝上貨物”的過程——調制信號過程3、調幅裝置示意圖：接在振蕩器和線圈之間的話筒就是一個最簡單的調制器，由聲源發出的聲音振動使話筒里的碳粒發生時松時緊的變化，它的電阻也發生時大時小的變化。所以，雖然振蕩器產生的是高頻等幅振蕩電流，但是線圈通過的卻是隨聲音而改變的高頻調幅電流．由于線圈的互感作用，從開放電路中發射的也是這種高頻調幅電流。這種電磁波叫調幅波。①用示波器觀察調幅波形；②圖片展示調幅波的形成。4、利用類比方法理解調頻波的產生二、無線電波的傳播問5：不同頻率的電磁波傳播的方式是否相同？1、識表分析2、動圖說明無線電波的幾種傳播形式，引導學生分析為何不同。傳播方式大致可分為地波、天波和空間波三種形式。(一)地波沿地球表面空間向外傳播的無線電波叫地波，如圖所示。波具有衍射特性，當無線電波的波長大于或相當于山坡、建筑物等障礙物的尺寸時，它可以繞過障礙物繼續向前傳播。考慮到能量損失，只有中、長波才利用地波方式傳播。由于地波傳播穩定可靠，在超遠程無線電通訊和導航等方面多采用中長波。(二)天波依靠電離層的反射作用傳播的無線電波叫做天波，如下圖所示。在地球表面的大氣層中，大約在60km到400km的范圍內，由于太陽光的照射，氣體分子分解為帶正電的離子和自由電子，這就是電離層。電離層一方面可以反射無線電波，反射本領隨頻率增大而減小。波長短于10m的微波會穿過電離層飛向宇宙，它只能反射短波或波長更長的無線電波。電離層另一方面要吸收無線電波，吸收本領隨頻率減小而增大，中波和中短波一部分被吸收，因此，只有短波多采用天波方式傳播。天波傳播受外界影響較大，它與電離層強度、太陽輻射強度等多種因素有關，由于這些原因，收音機夜晚收到的電臺比白天多。無線電波的傳播途徑(三）空間波沿直線傳播的無線電波叫做空間波，它包括由發射點直接到達接收點的直射波和經地面反射到接收點的反射波，如上圖所示。由于地球表面是圓球形的，沿直線傳播的微波不能傳播很遠，一般為幾十千米。空間波受氣干擾小，能量損耗小，接收到的信號較強而且較穩定，所以電視、雷達都采用以空間波方式傳播的微波。三、無線電波的接收問6：空間存在多種多樣的電磁波，如何挑選出需要的那一種？處在電磁波傳播空間中的導體，會產生感應電流，導體中感應電流的頻率與激起它的電磁波頻率相同，因此，利用放在電磁波傳播空間中的導體，就可以接收到電磁波。1、在無線電技術中，用天線和地線組成的接收電路來接收電磁波。2、電諧振要從諸多的電磁波中把我們需要的選出來，通常叫做選臺。在無線電技術里，當接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強。這種現象叫做電諧振，相當于機械振動中的共振。3、調諧接收電路產生電諧振的過程叫做調諧，能夠調諧的接收電路叫做調諧電路。右圖是收音機的調諧電路。調節可變電容器的電容來改變調諧電路的頻率，使它跟要接收的電臺發出的電磁波的頻率相同，這個頻率的電磁波在調諧電路里激起較強的感應電流，這樣就選出了這個電臺。4、檢波收音機接收的經過調制的高額振蕩電流（對應圖講解），這種電流通過收音機的耳機或揚聲器，并不能使它們振動而發聲。要聽到聲音，必須從高頻振蕩電流中“檢”出聲音信號，使揚聲器(或耳機)中的動片隨聲音信號振動。從接收到的高頻振蕩電流中“檢”出所攜帶的調制信號過程，叫做檢波。檢波是調制的逆過程，因此也叫解調。由于調制的方法不同，檢波的方法也不同。檢波之后的信號再經過放大、重現，我們就可以聽到或看到了。視頻展示“發射和接收電磁波”（學生講解并證明電磁波是橫波視頻）四、課堂小結：1、設計一個方框圖說明調制、調諧、解調之間的關系。2、比喻：高頻電流+火車音頻電流→貨物調制→發射→傳播→調諧→解調裝貨→出站→運行→進站→卸貨五、課堂訓練：（優教提示：打開優教配套習題，使用互動答題卡，更快更便捷地掌握學生的學習情況）1、要有效地發送低頻電信號，必須把低頻電信號附加在高頻載波上，這個過程在電磁波的發射過程中叫做（）A、調諧B、解調C、調制D、檢波2、轉換電視頻道時，選擇自己喜歡的電視節目，稱為（）A、調制B、調諧C、調頻D、調幅3、利用所學物理知識，可以初步了解常用的公交一卡通（IC卡）的工作原理及相關問題。IC卡內部有一個由電感線圈L和電容C構成的LC振蕩電路。公交車上的讀卡機（刷卡時“嘀”的響一聲的機器）向外發射某一特定頻率的電磁波。刷卡時，IC卡內的線圈L中產生感應電流，給電容C充電，達到一定的電壓后，驅動卡內芯片進行數據處理和傳輸。下列說法正確的是A．IC卡工作所需要的能量來源于卡內的電池B．僅當讀卡機發射該特定頻率的電磁波時，IC卡才能有效工作C．若讀卡機發射的電磁波偏離該特定頻率，則線圈L中不會產生感應電流D．IC卡只能接收讀卡機發射的電磁波，而不能向讀卡機傳輸自身的數據信息4、（2017豐）最近北京的馬路邊出現了某種新型的共享單車，如圖甲所示，這種單車外觀結構簡單，沒有鏈條，但單車質量比普通自行車大，達到了25kg。如圖乙所示，單車的車鎖內集成了嵌入式芯片、GPS模塊和SIM卡等，便于監控單車在路上的具體位置，實現防盜。同時手機APP上有定位系統，也能隨時了解單車的實時位置；手機還可以通過掃描二維碼自動開鎖，關鎖后APP就顯示計時、計價等信息，其工作原理如圖丙所示。此外，單車能夠在騎行過程中為車內電池充電，滿足定位和自動開鎖等過程中的用電。根據以上信息下列說法不正確的是A．單車比普通自行車運動狀態更容易改變B．單車某個時刻的準確位置信息是借助通訊衛星定位確定的C．單車是利用電磁感應原理實現充電的D．單車和手機之間是利用電磁波傳遞信息的資料：收音機中對調幅波的檢波。如圖是晶體二極管的檢波電路，是利用晶體二極管的單向導電性來進行檢波的。調諧電路中產生的是經過調幅的高頻振蕩電流，L1和L2繞在同一磁棒上，由于互感作用，在L2上產生的是高頻交變電壓．由于二極管的單向導電性，通過它的是單向脈動電流，這個單向脈動電流既有高頻成分，又有低頻的聲音信號，高頻成分基本從電容器C（復習旁路電容器）通過，剩下的音頻電流通過耳機發聲。（用示波器觀察檢波過程）實際上就是一個晶體二極管收音機的電路圖．這種收音機聲音很小，只能用開機收聽本地電臺．為了提高收音機的接收性能，需要用放大器把微弱的信號放大．圖示是加有放大器的收音機方框圖．由天線和調諧電路接收到的高頻調幅電流，先通過放大器進行高頻放大，然后進行檢波和低頻放大，放大后的音頻電流輸送到喇叭，使它們發出聲音。問題思考交流討論實驗理解討論理解分析討論討論分析知識理解思考理解圖片展示觀察實驗理解思考分析討論理解思考思考分析交流討論觀察思考培養學生觀察、分析的能力。激發學生學習物理的興趣并培養學生應用物理知識解決實際問題的能力。培養理解能力識圖能力學科素養培養培養識圖觀察能力培養實驗觀察能力滲透類比思想培養閱讀分析能力培養分析問題的能力滲透類比思想培養學生觀察、分析的能力。培養學生應用物理知識解決實際問題的能力培養閱讀分析問題的能力六、板書設計：§14.3電磁波的發射和接收比喻：高頻電流+火車音頻電流→貨物調制→發射→傳播→調諧→解調裝貨→出站→運行→進站→卸貨七、布置作業：1、自學第4節信息化社會；2、完成練習冊相關章節內容；3、有興趣的同學可以上網查找有關資料。八、課后反思：1、本節課的學習，以“共享單車的使用”視頻，“古今信息的傳遞”“各種電器”圖片導入，目的是喚起學生